I/O调度算法，也称I/O调度策略。

前言

现代计算机体系中，硬盘是数据存储的持久化介质，硬盘的访问速度相比内存存在数量级的差距，因此有效的调度能更好利用资源，优化响应。
和CPU调度算法相似,调度的本质是对请求排序。在Linux系统中，这由I/O调度层负责。
在I/O调度之前，如果多个I/O在同一个sector中，或者是相邻sector。Linux可以把多个请求合并为一个来减少请求数量。这是在Block层处理的，可以设置开启或关闭。

算法

Linus电梯

早期Linux的I/O调度算法被称之为电梯算法。
因为硬盘的寻道操作类似于升降电梯，所以最初的算法就是被称作电梯算法也叫扫描（SCAN）算法。下列实际应用的算法中Deadline scheduler和Anticipatory scheduler使用了电梯算法为基础，根据某些任务情况作一定调整。
特点：类比电梯运行，也就是顺向截车的原则。即机械臂一定向相同方向扫描完所有请求的磁道，再换个方向运行，反复循环。
优点：有效减少寻道时间。
缺点：没有处理请求饥饿，如果某个磁道中一直有请求占用着，会影响某些请求及时响应。

Deadline scheduler（截止时间调度程序）

为了解决linus电梯中请求饥饿的问题，产生了Deadline scheduler算法。
特点：继承linus电梯的办法，增加了特殊情况的处理。即增加了读请求队列和写请求队列的带超时FIFO队列，当读和写请求的队列中的请求超时，会优先处理这些请求，减缓请求饥饿的情况，读请求优先级高于写请求。
优点：缓解请求饥饿情况,适用于对响应时间敏感的业务，比如数据库。
缺点：牺牲全局吞吐量。

Anticipatory scheduler（预测算法）

在Deadline scheduler基础上优化了顺序请求的情况。

特点：继承Deadline scheduler算法，在处理完一个I/O请求之后会等待6ms（默认），如果此时有当前扇区相邻的请求，则直接处理这个请求。等待时间结束后才会去处理原本的下一个请求。
优点：当系统大量存在顺序请求时，节约大量的寻道时间。
缺点：每次I/O完成后，都需要6ms的延时。

CFQ（Completely Fair Queuing）

完全公平队列算法，当前linux系统默认调度算法。
特点：按照优先级分组，优先处理高优先级。主要算法为时间片轮片。类似分时操作系统的进程调度。
优点：高优先级的响应及时，也不会产生访问饿死情况。

None/NOOP（No Operation）

新的内核已经将命名从Noop改为None。
无操作调度算法，就是什么都不操作。让硬盘做更多的事情，能者多劳。
特点：对系统的负担最小。适合于无寻道的存储设备，也就是固态硬盘(SSD)。
优点：适合随机访问。

选择建议

目前较为常用的调度算法是CFQ,Deadline,None。通常情况，硬盘性能越好，选越靠后的。但实际使用时，应当以测试为准。

1. 如果使用高性能固态硬盘，比如使用NVME协议，使用M.2或PCIE接口的硬盘。建议使用None调度算法。
2. 如果业务对延迟要求非常高，比如数据库类应用，通常会选用Deadline算法。
3. 对于云服务器的分布式块存储，则需要根据块存储的性能判断。

配置方法

查看系统支持的I/O调度算法

dmesg|grep -i scheduler

查看硬盘的当前I/O调度算法

cat /sys/block/<dev>/queue/scheduler

设置IO调度算法

echo ${调度算法名称} > /sys/block/<dev>/queue/scheduler

总结

1. 机械硬盘时期，电梯算法有着最好的寻道，但任务总归有一定优先级的，所以单纯的电梯算法并不适用更复杂的需求。
2. 目前默认的CFQ算法采用了时间片轮训，类似于进程调度。相比之下，CPU任务调度算法比I/O调度算法要复杂些，但看得出它们都是时间片轮询的方式。
3. 随着硬件性能和能力的提升，操作系统把功能Offload到硬件会成为一个趋势。